不同应变率下纳米多晶Cu/Ni薄膜变形行为的分子动力学模拟

用分子动力学方法模拟了纳米多晶Cu/Ni薄膜在不同应变率下进行应变加载时的变形行为与力学性能.结果表明:Cu/Ni薄膜在较高的应变率加载情况下具有较高的屈服极限和应变率敏感性(m).应变率为108s1时Cu/Ni多层膜的界面上产生孔洞,而应变率为1010s-1时纳米多晶Cu薄膜出现碎裂.在较高的应变率加载条件下,Cu,Ni薄膜中FCC,HCP,OTHER原子团分数变化都很显著,而较小应变率时只有Cu薄膜的结构变化明显.模拟结果还表明,应变率增加有利于堆垛层错的形成,但应变率超过某一值时无序原子团增加会阻碍堆垛层错原子团的生长.     

单晶γ-TiAl合金微裂纹扩展行为的分子动力学模拟

为了从微观原子结构探索γ-Ti Al合金裂纹扩展的机理,研究了恒定加载速度下温度对γ-Ti Al合金中裂纹扩展的影响。采用分子动力学方法对单晶γ-Ti Al合金中预置微裂纹的扩展过程进行模拟,研究表明,室温下裂纹呈脆性解理扩展,中、高温时,裂纹在扩展过程中发射位错,裂尖钝化并伴有偏转;随温度的升高,微裂纹由脆性解理扩展向韧性扩展转化,裂纹扩展速率减慢,材料塑性增加;裂尖发射的位错堆积在边界附近,使得位错堆积处萌生空洞缺陷,随着加载的继续,空洞最终长大形成微裂纹,出现边界开裂的现象。     

地聚合物凝胶结构特性的分子动力学研究

通过分子动力学模拟的方法,在参照实验数据构建起的初始结构模型的基础上,根据N-A-S-H凝胶体系的结构特点,选取Na原子、H2O分子及Si2Al O10基团作为基本单元的组成,构建了地聚合物凝胶结构模型。根据模拟过程中体系的运动轨迹,进行多次优化模拟操作,计算出N-A-S-H凝胶体系的径向分布函数(RDF)、XRD模拟图谱及力学性能等有关参数,并结合实验数据对所建结构模型的准确性进行了验证。结果表明,分子动力学模拟值与实验值吻合较好,不仅验证了所建结构模型的有效性,也为其在N-A-S-H凝胶体系的进一步深入研究提供了可能。     

基于分子动力学模拟的再生剂-老化沥青扩散机理

采用Materials Studio(MS)分子动力学模拟软件对再生剂-老化沥青扩散体系进行研究.以沥青四组分试验为基础,选取12种分子模型构建再生剂分子组、复合水老化沥青分子组和复合紫外老化沥青分子组.针对在不同模拟时间、模拟温度和沥青成分条件下的老化沥青扩散体系进行模拟,得到扩散体系的扩散系数.结果 表明:随着模拟时间的延长,再生剂在老化沥青扩散体系中的扩散系数变小,同时在复合紫外老化沥青扩散体系中的扩散系数小于复合水老化沥青扩散体系;随着扩散温度的增加,扩散系数增速逐渐变缓;再生剂中油性成分(芳香分和饱和分)的扩散系数大于极性成分(胶质和沥青质),芳香分由于多为链状且相对分子质量较小,其扩散速率在4种组分中最快.     

镍基合金表面五重孪晶形成的分子动力学模拟

五重孪晶结构能够改善合金的表面性能,而关于合金五重孪晶化表面的研究较少报道。基于分子动力学模拟和纳米压痕方法,采用嵌入原子势函数(EAM)和等温等压系综(NPT),使用半径为14 nm的圆柱压头以40 m/s的压痕速度沿着[112]晶向对单晶镍基合金持续压痕,采用共领域分析法对合金在应力诱导作用下的变形行为进行了分析。结果表明,非共格孪晶界形成于四个不同{111}滑移面交叉中心附近。交叉中心处白色高能原子发射不全位错,堆垛层错产生。随着不全位错持续发射,孪晶得以形核、生长,孪晶界相继形成,最终五重孪晶形成于合金表面。合金表面中五重孪晶的形成并非源于晶界连续不断发射不全位错,而是与压痕过程中合金表面能量增加以及非共格孪晶界息息相关。     

硬泡用多元醇与超临界CO2相容性关系的分子动力学模拟研究

通过分子动力学模拟计算了6种多元醇和超临界CO_2体系的结合能、溶度参数、自由体积分数和CO_2扩散系数,研究了多元醇单体和超临界CO_2之间的相容性关系以及CO_2的运动能力。结果表明,CO_2的扩散系数由多元醇与CO_2的结合能以及多元醇/CO_2体系的自由体积分数共同决定,溶解过程中结合能的大小起主导作用。筛选得到聚碳酸酯二元醇和苯酐聚酯与CO_2的相容性最好,可为超临界CO_2辅助硬质聚氨酯发泡材料的配方选择和工艺参数优化提供指导。     

饱和氩气体热力学性质的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟方法,对饱和氩气体的热力学性质进行了模拟计算。模拟结果表明,随着温度的升高,液相主体密度和饱和氩气体的摩尔体积逐渐降低,气相主体密度逐渐增大。维里方程法和RK方程法计算得到的饱和氩气体压力与实验结果基本一致。虚拟理想气体法及RK方程法计算得到的饱和氩气体逸度值及实验结值三者基本一致。     

SiC模具高温模压石英玻璃物相接触角的分子动力学模拟

针对高温下石英玻璃纳米液滴在SiC模具表面接触角难以测量的问题,采用分子动力学方法,模拟研究了不同温度和粗糙表面面向模压的SiO2/SiC高温接触角以及SiO2熔体的界面结构.应用压力张量法发现了MS-Q势函数模拟的SiO2熔体表面张力较接近实际值,即SiO2高温表面特性模拟可优先采用MS-Q势函数.针对SiC模具纳米级表面的粗糙度,发现当粗糙度因子r>1.5时润湿模式由Wenzel变为Cassie-Baxter,此时Ra的变化对接触角值无明显影响,Rmr值减小使得接触面积分数f减小,接触角值随之增大.因此,保持r大于1.5的同时适当减小Rmr值有利于减小固液摩擦,降低石英玻璃工件和SiC模具界面上的脱模力.随着温度升高SiO2表面结构变得松散,导致其在SiC表面接触角减小.在超过2300K时接触角值的变化率增大,为减小工件-模具界面的粘附,模压温度应选择2300K以下.     

单晶/多晶镍轴向拉伸力学性能的分子动力学模拟

为提高航空发动机推重比采用整体叶盘新技术却带来了盘叶连接区域高风险失效问题。本文采用分子动力学对连接区单晶/多晶镍(SPSNi)的力学性能进行模拟,首先通过对比了不同晶态镍拉伸原子图。发现,由于单晶/多晶界面的存在使得拉伸后界面处的非晶化程度加剧,易于孔洞萌生,加剧了SPSNi突然断裂的风险。最后重点研究了单晶/多晶镍的应变率效应与温度效应。当应变率大于1í10_⁸s_^-1小于2í10_¹⁰s_^-1时,SPSNi对加载应变率几乎不敏感,屈服强度小幅上升。超过2í10_¹⁰s_^-1之后,其屈服强度随着应变率的增加而迅速下降。这是因为在高应变率下,SPSNi的FCC原子大规模迅速转变为无序的非晶结构,导致了晶体镍承载能力迅速下降。可以将应变率2í10_¹⁰s_^-1作为SPSNi拉伸变形的阈值。不同温度下,SPSNi屈服强度随温度的增大而线性下降。这是由于在温度的影响下,位错网络的初始镶嵌结构逐渐变得不规则,初始失配应力随着温度的升高而下降。     

交联网状结构新型煤尘抑制剂的制备及性能研究

为解决露天煤矿产生的煤尘污染问题,制备了具有交联网络结构的聚乙烯醇/海藻酸钠/偏磷酸钠抑尘剂,并对抑尘剂的用量、配比以及抑尘效果进行了研究。利用扫描电镜研究了煤尘固结体的微观结构,采用分子动力学模拟研究了抑尘剂与煤粉之间的微观相互作用机理。结果表明:在温度为55℃下,当聚乙烯醇为5.5 g,海藻酸钠为0.45 g,甘油为4.5 g,交联剂为0.12 g时,抑尘剂的黏度为74 m Pa·s,煤尘固结体的抗压强度达到26.1 kPa,抑尘剂在煤尘表面的连续性和润湿性较好。